新消弧线圈的分类Microsoft Word 文档

1、中压配电网中80%以上的故障为单相接地,为了提高配电网络的安全可靠性,中性点安装消弧线圈成为最好的方法之一。消弧线圈可以有效地减少产生弧光接地过电压的几率,减小了故障点的电压升高等。由于消弧线圈种类众多,我们面临如何选择的难题。本文深入分析、比较各种消弧线圈的特点和选择原则,给出合理的建议。一、消弧装置分类消弧线圈自动跟踪补偿装置有多种不同的分类方法,根据调节电感的方式不同可以分为:调匝式、直流偏磁式、相控式、调容式、调气隙式等;根据运行方式又可以分为:预调式和随调式二种。1、调匝式消弧线圈其结构简单,是将绕组按不同的匝数抽出分接头,用有载分接开关进行切换,改变接入的匝数,从而改变电感量。其特

2、点是:一次设备简单,可靠性高,不会出现谐波电流;可控硅短接阻尼电阻方式,补偿电流不需要二次设备控制,即使没有控制电源仍然可以很好的补偿;补偿速度快;运行在预补偿状态,可以消除铁磁谐振。相对而言补偿范围不足。2、调容式消弧线圈通过调节消弧线圈二次侧电容量大小来调节消弧线圈的电感电流。二次绕组有电容接入后,根据阻抗折算原理,相当于主绕组两端并接了相同功率、阻抗为一定倍数的电容,使主绕组感抗增大,电感电流减小,因此通过调节二次电容的容量即可控制主绕组的感抗及电感电流的大小。其主要不足是:调节电容器要承受大电流的冲击;投切开关会产生涌流和操作过电压;电热器电容泄漏;补偿速度慢等。3、相控式消弧线圈它通

3、过调节二次绕组中两个反向并接可控硅的导通角,来改变装置的等值阻抗,二次绕组作为控制绕组由2个反向连接的可控硅短路,可控硅的导通角由触发控制器控制,调节可控硅的导通角由0180°之间变化,使可控硅的等效阻抗在无穷大至零之间变化,输出的补偿电流就可在零至额定值之间得到连续无极调节。其不足是:补偿不够稳定,谐波大;需要控制电源;二次侧电流非常大,大功率可控硅需要很好的散热,可靠性受影响;滤波电容器大电流冲击,存在泄露的问题;补偿慢;不能减弱铁磁谐振。4、直流偏磁式消弧线圈它有2个交流工作线圈,在其中一个线圈内布置附加直流线圈,通过直流线圈励磁磁化铁心,改变铁心直流励磁磁通大小来调节交流等值

4、磁导,实现电感连续可调。直流励磁绕组采取反串连接方式,使整个绕组上感应的工频电压相互抵消。通过对三相全控整流电路输出电流的闭环调节,实现消弧线圈励磁电流的控制。其主要不足是:需要外加直流电源;铁心发热量大;补偿电流发生畸变,产生大量的谐波,对电网有不利影响;结构复杂,可靠性差;铁芯饱和,伏安特性差。5、调气隙式消弧线圈其铁心分成上下两部分,下部分铁心同线圈固定在框架上,上部分铁心用电动机驱动上下移动,通过调节气隙的大小达到改变电抗值的目的。此类产品在欧洲有一定的应用,著名的Haefely公司开发过此产品,国内由于制造工艺的限制,产品质量不稳定,基本上不生产了。其不足是:振动和噪声比较大,在结构

5、设计中应采取措施控制噪声,高压施加后,震动更大,随着使用时间越长,内部松动,声音更大;调节精度差,由于气隙的微小变化导致电感的大变化,电机控制调节气隙精度不够,而液压调节成本太高。二、消弧装置的选取准则面对各种消弧线圈如何确定选择标准,1、补偿速度根据德国的彼德逊(W.Petersen理论,安徽金朕电力科技有限公司通过接地故障点的高频振荡电流过零熄弧,非故障相(健康相上的自由电荷将沿三相对地电容重新分布,产生位移电位。故障点接地电弧在暂态高频振荡电流通过第一个零点时熄灭,此时非故障相上的自由电荷延对地电容重新分布,于是在各相上产生了位移电压Udv;此后每经过半个工频周波,接地电弧重燃一次,由于

6、非故障相上积聚的自由电荷不断增多,位移电压逐步升高,非故障相的暂态过电压随着接地电弧的重燃次数的增多而增高。随着过零次数增加,过电压逐渐增大,非故障相(健康相上的过电压随着接地电弧重燃次数的增多,一次比一次升高,可达56倍相电压,不过实测一般为34倍相电压。如果消弧线圈补偿时间超过10ms,一旦满足重燃条件,过电压就可能已经发生,消弧线圈的补偿意义不大了。因此,补偿时间是消弧线圈的最重要的技术参数之一。调匝式消弧线圈可以做到10us内响应,而调容、相控、偏磁式消弧线圈响应时间超过20ms,补偿到位时间超过100ms,对于瞬间接地故障补偿已经没有用。2、谐波电流消弧线圈对系统提供补偿电流的同时,

7、存在向系统注入谐波电流的可能。因此,国家标准明确规定谐波电流不得超过2%。调匝式消弧线圈采取预先补偿的运行方式,有明确的档位,接地发生前已经稳定在合理的位置,不会给系统带来谐波电流;相控式消弧线圈采取可控硅截断的方式调节电流,其原理决定会产生大量的谐波电流;偏磁式消弧线圈通过调节铁心饱和度不同而改变电流,谐波电流更大;调容式、调气隙式消弧线圈也存在谐波电流。3、线性度要求电力系统电压在一定范围内波动是正常的,系统的电容电流和电压是线性关系,这要求消弧线圈的补偿在一定范围内是线性关系。调匝式消弧线圈通过特殊的设计,在铁心之间增加气隙的方式保障其线性度;偏磁式、调气隙式消弧线圈很难保障线性度,不能

8、满足电压波动的完全补偿。4、消除铁磁谐振电力系统元件大部分属于感性的或容性的,线路各导线对地和导线间既存在纵向电感又存在横向电容,这些元件组成复杂的LC震荡回路,在一定的能源作用下,特定参数配合的回路就会出现谐振现象。由于铁芯电感的磁通和电流之间的非线性关系,电压升高导致铁芯电感饱和,极容易使电压互感器发生铁磁谐振。电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压是中性点不接地系统中最常见和造成事故最多的一种内部过电压,而单相接地故障是铁磁谐振最常见的一种激发方式。如果中性点安装调匝消弧线圈,如图所示:电压互感器的励磁感抗比较大(兆欧级,而消弧线圈的感抗(百欧级比较小,由于比小几个数量级,这样谐振条件L

9、=1/C很难满足,谐振就不会发生,还可以限制流过电压互感器的大电流,使电压互感器熔丝不被烧毁。因此,在中性点接入调匝式消弧线圈,对于由电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压具有很好的限制作用,可消除一切铁磁谐振,能够很好解决此类问题。然而,相控式、调容式、偏磁式消弧线圈采用随后调谐方式,无接地故障发生时,其等值阻抗为数值极高的励磁阻抗,通常意义上的消弧线圈消谐机理已不再适用。因此,从消除铁磁谐振考虑,调匝式消弧线圈具有最大的优势5、补偿范围消弧线圈补偿范围是从最大补偿电流到最小补偿电流,调匝式受有载开关级电压的限制一般做到20%100%额定电流,这是其最大的不足;调容式一般做到10%100%额

10、定电流;相控式、调气隙式、偏磁式理论上可以在0100%额定电流范围内调节,范围较大。三、消弧装置的选线问题在谐振接地系统中,故障点电容电流小,如何准确进行故障线路的判断非常重要。常用的方法有有功分量法、谐波法、首半波法、信号注入法、零序导纳法、残流增量法等,但是都不能从根本上保障选线准确性。安徽金朕电力科技有限公司结合国内外的经验、独立自主开发了消弧线圈并联中电阻选线的方法。它结合了电阻接地选线准确和消弧线圈接地补偿好的优点,成功解决谐振接地选线不准的难题,既保持了电阻接地可以准确选线的优点,又可以减少接地点残流,限制弧光接地过电压。系统原理图如图,系统正常运行时,并联中电阻是不投入的,单相接

11、地发生时,利用预调式消弧线圈的快速补偿特性,在没有延时的情况下立刻对系统进行补偿,避免了大部分瞬时性单相接地故障发展成永久性接地;如果少量的永久性接地故障,一方面消弧线圈的作用对电容电流进行补偿,将残流限制在5A以内,另一方面JZK控制器判断如果单相接地在限定的时间内没有消失,瞬时投入并联中电阻(投入时间小于1秒,利用电阻选线准确的特点选出故障线路,及时隔离故障线路,保障了供电可靠性。目前,并联中电阻选线的方式得到广泛的应用,以福建为例,根据福建省近2年的接地选线统计,这种选线准确率真正达到100%,并实现接地保护动作跳闸成为可能。结论随着消弧线圈的广泛应用,如何选择合适的消弧线圈是用户面对的新课题。本文系统地研究了各种消弧线